Como projetar um controlador PID no MATLAB - Guia passo a passo

Aprenda a projetar umControlador PIDno MATLAB com este guia completo. Siga as instruções passo a passo para modelar, ajustar e otimizar seu controlador PID para obter o desempenho ideal do sistema.

  1.Introdução

Os controladores proporcionais-integrais-derivativos (PID) são um mecanismo de controle inestimável em várias aplicações de engenharia, ajudando a garantir a saída desejada, minimizando o erro entre o ponto de ajuste desejado e a saída real. Ser adepto do projeto de controladores PID no MATLAB permite que os engenheiros regulem com precisão o desempenho do sistema com controle e otimização exatos; Portanto, este artigo o guiará passo a passo por cada fase desse processo de design para você.

  2. Antes de iniciar o projeto do controlador PID

Antes de projetar um controlador PID, certifique-se de que o MATLAB e a caixa de ferramentas do sistema de controle estejam instalados e prontos para seu uso. Inicie o MATLAB e crie um script ou projeto de script ao vivo desde o início. Isso fornece todas as ferramentas essenciais e espaço de trabalho para projetar e simular projetos e simulações de controladores PID.

 3. Modele o sistema

A etapa inicial no projeto de um controlador PID é modelar o sistema que você está procurando controlar, criando sua função de transferência (que representa como a entrada afeta a saída de qualquer planta ou processo). Você pode definir uma função de transferência com o MATLAB executando este comando:

Sistema=tf([numerador,denominador]);

Substitua [numerador] e [denominador] pelos coeficientes do seu sistema' s função de transferência. 

  4. Projeto de Controlador PID em MATLAB

Existem dois métodos para projetar controladores PID usando o MATLAB: usando seu aplicativo PID Tuner ou ajuste manual.

1. Inicie o aplicativo PID Tuner digitando este comando:

1. O aplicativo otimizará automaticamente os parâmetros PID para se adequar ao seu sistema e, após o ajuste, exportá-los para avaliação posterior em seu ambiente de trabalho. 2. Após a otimização, compartilhe e implemente seu controlador por meio do Workbench para investigação e implementação adicionais.

Afinação manual:

1. Defina parâmetros PID como Kp, Ki e Kd para ajuste manual. 2. Crie o controlador PID usando o comando "PIDCMD. PAPIDCARD=3."

1. Utilizar funções de feedback para fechar o ciclo e identificar sua função de transferência: C = Kp + Ki + Kd.

Depois de projetar o controlador PID, use a simulação da resposta do sistema para fins de avaliação. Use a análise da função de etapa para traçar sua resposta à etapa; Para sistemas de malha fechada, essa resposta em etapas plotada pode fornecer mais insights do que sua resposta de frequência:

Passo (T); Para determinar se um controlador atende a todas as especificações desejadas, as principais métricas de desempenho, incluindo tempo de subida, tempo de estabilização e overshoot, devem ser cuidadosamente examinadas.

  5. Otimizando seu controlador

Se o projeto inicial não atender aos critérios de desempenho, pode ser necessário otimizar os parâmetros PID para colocá-los dentro dos padrões aceitáveis. O MATLAB oferece sua função pidtune para ajuste automatizado:

[C, info] = PIDtune(' PID', C);

Esta função otimiza os parâmetros PID com base em critérios pré-especificados para fornecer a máxima eficiência.

Implementando o controlador no Simulink

A Simulink oferece soluções poderosas de simulação e implementação em tempo real, incluindo modelagem e simulação de controladores PID. Basta construir um modelo exato do seu sistema no Simulink e adicionar um bloco PID Controller; Configure este bloco com parâmetros personalizados antes de simular para analisar os resultados e determinar onde as melhorias precisam ser feitas.

  6. Conclusão

A criação de um controlador PID usando o MATLAB requer várias etapas, desde a modelagem do sistema até a otimização do controlador. Seguindo este guia, você pode criar um PID eficiente que garanta o desempenho ideal do sistema - lembre-se de que o ajuste e a validação iterativos são elementos críticos para alcançar os resultados desejados!